В исследовательском сообществе растет понимание того, каким образом биомеханика среды опухоли может влиять на рост и даже распространение ее клеток по всему телу. Чем ближе исследователи смогут воссоздать эти механические факторы в лаборатории, тем лучше они поймут миграцию опухолевых клеток и то, как остановить клетки, прежде чем они вторгнутся в другие ткани.
В исследовании, недавно опубликованном в Acta Biomaterialia, группа инженеров-механиков из Политехнического института Ренсселера продемонстрировала новую технику создания in vitro – вне организма – модели для изучения опухолей, которая является более сложной и, следовательно, более близкой к тому, с чем могут столкнуться раковые клетки. в теле.
"Мы подошли ближе к архитектуре того, как коллаген организован в ткани, чем любая другая модель на основе коллагена на сегодняшний день," сказала Кристен Миллс, доцент кафедры механики, аэрокосмической и ядерной инженерии в Rensselaer и член Центра биотехнологии и междисциплинарных исследований.
Коллаген – это главный белок, составляющий внешнюю структуру клетки, известную как внеклеточный матрикс. Следовательно, он также часто является основным компонентом моделей in vitro, используемых для выращивания опухолевых клеток в лаборатории.
Жесткость этой модели внеклеточного матрикса на основе коллагена имеет значение, потому что, как показал Миллс в предыдущем исследовании, изменение жесткости дает опухоли структурный сигнал, который способствует прогрессированию рака. Важно создать модель, которая может имитировать регулируемую жесткость.
Исследователи также обнаружили, что in vivo – в организме – архитектура внеклеточного матрикса коллагена играет роль в прогрессировании рака. В среде опухоли коллаген образует фиброзные пучки, которые действуют как своего рода магистраль, по которой раковые клетки мигрируют из опухоли, чтобы проникнуть в другие ткани. По словам Миллса, во время своего формирования эти волокнистые пучки приобретают определенный размер и структуру, которые, как считается, позволяют клеткам легче распространяться. В настоящее время этот процесс не до конца понят, поэтому создание модели, которая более точно имитирует эту структуру, становится очень важным.
Команда Ренсселера смогла найти правильную комбинацию ионной силы и температуры, чтобы заставить коллаген, который был изолирован из тканей, формировать пучки микронного размера вместо наноразмерных волокнистых гелей, которые обычно используются в исследованиях рака. Затем исследователи создали микрофлюидный канал для выравнивания пучков – так же, как они были бы внутри тела.
"Теперь мы можем изучить, как раковые клетки взаимодействуют с пучками коллагена, с чем-то размером, который можно было бы увидеть in vivo," Миллс сказал. "Этот процесс, миграцию, теперь можно изучить."
"Мы обнаружили, что эти агрессивные раковые клетки будут следовать по созданным нами магистралям, которые очень похожи на изображения in vivo этих раковых клеток, пытающихся выбраться из исходного участка опухоли," Гонг сказал.
Этот новый подход позволил исследователям объединить свои недавно созданные коллагеновые пучки с типом геля, жесткость которого можно регулировать, чтобы предоставить более точную и управляемую модель, которая может имитировать как структуру ткани внутри тела, так и механические сигналы. которые общаются с опухолью.
Миллс и Гонг надеются, что это исследование направит более широкое сообщение о важности использования сложных и целостных моделей, которые более точно имитируют системные состояния, с которыми опухолевые клетки сталкиваются в организме.